水氧化法降解高濃度食品廢水中COD的實驗研究

唐家黎

（大連凱飛化學(xué)股份有限公司 遼寧大連 116622）

水氧化法降解高濃度食品廢水中COD的實驗研究

唐家黎

（大連凱飛化學(xué)股份有限公司 遼寧大連 116622）

本文采用超臨界水氧化法處理高濃度的食品廢水，研究了不同溫度、壓力、反應(yīng)時間等因素對高濃度食品廢水降解效果的影響。研究結(jié)果表明：反應(yīng)溫度，壓力和時間都影響高濃度食品廢水COD的降解效果，升高溫度、增大壓力和延長反應(yīng)時間都將提高廢水的處理效果，在相同的反應(yīng)時間下溫度對處理效果的影響要大于反應(yīng)壓力。

超臨界水氧化；食品廢水；降解

食品工業(yè)廢水本身無毒性,但含有大量可降解的有機物,廢水若不經(jīng)過處理排入水體會消耗水中大量的溶解氧,造成水體缺氧,使魚類和水生生物死亡[1]。食品工業(yè)廢水處理常見工藝流程我國從20世紀80年代開始，已開發(fā)出多種有關(guān)這類廢水的高效、低耗的處理工藝。包括好氧生物處理工藝、厭氧生物處理工藝、穩(wěn)定塘工藝、光合細菌工藝、土地處理工藝以及上述工藝組合而成的各種各樣的工藝。這些方法大多都有目前無法克服的弊端,物理法的不徹底性、化學(xué)法的二次污染、生物法的長期性與難控制性都決定了必需尋求一種新的有機廢水處理辦法來填充傳統(tǒng)方法處理領(lǐng)域的空白與不足。

超臨界水氧化技術(shù)是一種綠色環(huán)保的新型水處理技術(shù)。當水的狀態(tài)處于超臨界的條件下，用超臨界水作為反應(yīng)介質(zhì)，有機物質(zhì)會在超臨界液相中發(fā)生強烈氧化反應(yīng)，降解成小分子的物質(zhì)。這種水處理技術(shù)不需繁雜的工藝過程，也不需要額外的容積，綠色環(huán)保，處理效率高，在有機廢水處理方面具有很大的發(fā)展?jié)摿2]。本文采用超臨界水氧化法處理高濃度的食品廢水，研究了不同溫度、壓力、反應(yīng)時間等因素對高濃度食品廢水降解效果的影響。研究結(jié)果表明：反應(yīng)溫度，壓力和時間都影響高濃度食品廢水的降解效果，升高溫度、增大壓力和延長反應(yīng)時間都將提高廢水的處理效果，在相同的反應(yīng)時間下溫度對處理效果的影響要大于反應(yīng)壓力。

1 實驗部分

1.1 實驗裝置

高溫高壓連續(xù)水氧化實驗裝置工藝流程圖如圖1所示，廢水、氧化劑及蒸發(fā)壁流三股物流經(jīng)高壓計量泵加壓預(yù)熱器預(yù)熱后進入反應(yīng)器反應(yīng)，反應(yīng)完成后從反應(yīng)器出口流出進入不銹鋼盤管冷卻器冷卻，然后再進入氣液分離器進行分離，氣體由氣液分離器上方排空，液體及固體析出物從下方排出。由于反應(yīng)器出口處到分離罐之間的壓力變化范圍很大，為保持管線的壓力穩(wěn)定，設(shè)置了背壓閥來進行壓力調(diào)整。

圖1 實驗裝置工藝流程圖

1.2 食品廢水處理實驗

1.2.1 實驗儀器

實驗儀器如表1所示。

表1 實驗儀器

1.2.2 實驗方法

實驗時首先配制一定濃度的食品廢水作為目標廢水，廢水的配方如表2。

表2 食品廢水的配方

食品廢水配制好以后，待系統(tǒng)達到設(shè)定溫度后按一定體積比與氧化劑(30%過氧化氫)在進料口進行混合，流經(jīng)加壓泵加壓到所需壓力后再由預(yù)熱器預(yù)熱后進入反應(yīng)器，然后與進入反應(yīng)器環(huán)隙區(qū)的蒸發(fā)壁流相互混合，最后從反應(yīng)器下部出口流出，進入氣液分離器進行氣液分離，在液相出口按不同反應(yīng)時間進行取樣分析。平行實驗中先控制壓力不變而溫度變化來考察溫度對食品廢水處理效果的影響，后同理控制溫度不變而壓力變化來考察反應(yīng)壓力對食品廢水處理效果的影響，最后結(jié)合各組實驗結(jié)果考察反應(yīng)時間對食品廢水處理效果的影響。

2 結(jié)果與討論

取初始COD濃度為678.33mg/L的食品廢水作為目標廢水，進料流量2.8L/h，按體積比1:10取30%過氧化氫作氧化劑，控制反應(yīng)主反應(yīng)區(qū)壓力為22.5MPa，調(diào)整反應(yīng)溫度分別為374℃、382℃、390℃對食品廢水進行降解。表3為不同溫度下反應(yīng)后產(chǎn)物的COD濃度和去除率，圖1為對應(yīng)的COD降解的趨勢圖。由實驗結(jié)果可以看出在同一反應(yīng)時間下，隨著反應(yīng)溫度的升高，食品廢水中的COD的去除率升高，降解效果變好。同時也可以理解為溫度越高，達到理想降解效果所需要的時間越短。

表3 不同溫度下反應(yīng)后產(chǎn)物的COD對應(yīng)的濃度和去除率

圖1 不同溫度下COD降解趨勢圖

3 結(jié)語

本論文采用連續(xù)式蒸發(fā)壁式超臨界水氧化反應(yīng)裝置，考察了超臨界水氧化法降解高濃度食品廢水過程中的溫度、反應(yīng)時間對降解效果的影響；同時考察了不同濃度COD的食品廢水對降解效果的影響。結(jié)果表明：在同一反應(yīng)時間下，隨著反應(yīng)溫度的升高，食品廢水中的COD的去除率升高，處理效果越好。本實驗研究對SCWO法處理有機廢水的高效化和實現(xiàn)其工業(yè)化應(yīng)用有較大的現(xiàn)實意義和參考價值。

[1]夏永紅,夏禹,劉清慧.淺談食品工業(yè)廢水處理[J].現(xiàn)代化農(nóng)業(yè),2009,363(10):18-20.

[2]馬承愚,李丹,李艷華,王蓓.超臨界水氧化技術(shù)與開發(fā)污染物資源的研究[J].應(yīng)用化工,2006,35(3):223-224.

[3]鞠美庭,馮成武.連續(xù)式超臨界水氧化裝置處理苯酚溶液的動力學(xué)討論[J].水處理技術(shù),2000,26(2):105-109.

唐家黎（1962-），男，化工工程師，從事危險化學(xué)品生產(chǎn)和環(huán)境保護等方面的管理和研究工作。